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《中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)》 2012年
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分子筛孔道限域效应的量子化学计算研究

韩冰  
【摘要】:环境友好的分子筛催化剂因为其独特的孔道结构以及较高的反应活性而被广泛应用于石油化工的各种催化过程。分子筛催化剂独特的催化特性与其酸性中心的特性是密切相关的,而分子筛的孔道限域效应则源于它与被吸附分子之间的长程吸引作用(如范德华作用、静电吸引作用等)。本论文采用量子化学理论计算的方法研究了分子筛的表而酸性和孔道限域效应对催化反应活性以及反应机理的影响,取得了一些有意义的结果。 (1)以吸附于ZSM-5孔道中的吡啶分子为例,利用量子化学理论方法考察了计算模型和密度泛函方法的选择对吡啶吸附结构和吸附能的影响,为准确计算分子筛限域孔道中客体分子吸附态结构和能量参数提供了依据。计算结果表明,吡啶吸附能随着所选用的分子筛的计算模型(从8T到128T)增大而增大,当选用的孔道结构能够将整个分子筛的孔道结构完全包括进来的时候(72T)达到收敛。与常规的密度泛函方法(B3LYP和M06-2X)相比较,考虑到色散作用校正的B97D泛函方法能够很好地处理分子筛体系中主客体间的长程相互作用和弱相互作用,计算得到的能量数据与实验结果符合得较好。 (2)采用理论计算的方法研究了乙烯、丙烯和异丁烯在丝光沸石(MOR)的12-MR和8-MR团簇模型上的质子化反应过程,考察了MOR分子筛固有酸性和孔道限域效应对反应机理以及反应活性的影响。计算结果表明,当吸附的烯烃分子尺寸较小时,孔道限域效应相对较弱而分子筛的固有酸强度对于反应的活性起主导作用;随着烯烃分子尺寸的逐渐增大,固有酸强度的影响不再起主导作用,孔道效应的影响则越来越明显。而分子筛的孔道限域效应是孔道与被吸附物种之间静电吸引与尺寸排斥作用的综合结果。当被吸附物种的尺寸与分子筛的孔道大小相匹配时,被吸附物种就能够很好地被限域在分子筛孔道内,导致整个体系能量降低;另一方而,当被吸附物种的尺寸体积与孔道相比较大时,这种稳定作用则变得不显著,而由于几何位阻排斥引起的不稳定效应明显增强,引起整个体系能量的升高。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O643.3

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 禇月英;沸石分子筛孔道中催化反应机理的理论计算研究[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2013年
【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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